JP2010253828A - 成形装置及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カセット金型を使用しても脱気成形法で成形できる成形装置及び成形方法を提供する。
【解決手段】本発明の成形装置は、少なくとも１対の型を有し、型同士を型閉じした状態でキャビティ１が構成され、１対の型の少なくとも一方は、固定部１１と、キャビティ部１２とからなる。また、キャビティ部１２には、キャビティ１の少なくとも一部を構成する窪み１ｂと、窪み１ｂの外側に設けられている排気口２と、窪み１ｂと排気口２との間を連通させるエアベント１３ｂと、窪み１ｂと接続しているランナー３と、ランナー３及びエアベント１３ｂを遮断しないように、ランナー３の周り、及びエアベント１３ｂの位置を除いた窪み１ｂの周りに形成された内周突起部１６ｂと、ランナー３の位置を除いて内周突起部１６ｂの周りに形成された外周突起部１７ｂとが設けられている。さらに、排気口２は、内周突起部１６ｂと外周突起部１７ｂの間に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂成形品を成形する際に用いられる成形装置及び成形方法に関する。

ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）等の電子部品は、コンピュータをはじめとして、多くの製品に欠かすことのできない部品である。ＩＣの製造工程はいくつかあるが、その中にモールディングがある。モールディングとは、リードフレーム上に半導体チップを載せ、半導体チップとリードフレームとを金などのワイヤーで接続したものを、衝撃、温度、湿度などから守るために、エポキシなどの樹脂材料でリードフレーム上の半導体チップを封止する工程である。

半導体チップを樹脂材料で封止する際には、成形金型内の空気を真空ポンプで排気しながら実際に成形を行うキャビティ内に樹脂材料を圧入する。樹脂材料を圧入するときにキャビティ内に空気が残留あるいは樹脂材料自体に空気が混入していると、密着性の低下、ボイド不良、またはシルバー不良などを引き起こす場合がある。そのため、真空引きを行い、キャビティ内を真空にして樹脂成形品の成形を行う脱気成形法が利用されている。

図７に関連技術の一例の成形装置の成形金型の概略図を示す。図７（ａ）は下側の金型（下型）の概略図であり、図７（ｂ）は上側の金型（上型）の概略図である。下型２６には、不図示のプランジャーによって押し出される溶解した樹脂材料の導入口２４と、溶解した樹脂材料を成形する複数のキャビティ２１と、溶解した樹脂材料をキャビティ２１へ導くランナー２３とが設けられている。さらに、キャビティ２１内を真空にするための不図示の真空ポンプにつながっている排気口２２と、キャビティ２１内への空気等のリークを防止するためのシール材２５とが設けられている。なお、図中の矢印は、溶解した樹脂材料の流れる方向を示している。また、上型２９には、複数のキャビティ２１とランナー２３とが設けられている。下型２６と上型２９とを型閉じすることで樹脂成形を行う１つの金型となる。

成形時には、インサート部材となる不図示のリードフレームを下型２６のキャビティ２１上に配置し、下型２６と上型２９を型閉じした後、不図示の真空ポンプでキャビティ２１内を真空引きする。そしてキャビティ２１内が所定の圧力に到達したら、不図示のプランジャーによって溶解させた樹脂材料を樹脂材料導入口２４からランナー２３に導入する。導入された樹脂材料は、ランナー２３を経由し、キャビティ２１内に流し込まれる。そして所定の時間経過後、樹脂材料が固化し、樹脂封止したリードフレームができあがる。

真空引きするときにキャビティ２１内に空気等がリークするとキャビティ２１内が真空にならないために、脱気成形法が行えない。そこで、キャビティ２１内への空気等のリークを防止する方法の一例として、上述したように、下型２６の外周付近をシール材２５で囲むことで、下型２６と上型２９を型閉じした後は外部の空気が金型２６、２９内にリークしないようにしている（例えば特許文献１）。

また、キャビティ２１内が所定の圧力に達するまでの真空引きの時間を短縮する方法として、下型２６だけではなく、上型２９にも排気口（図示せず）を設け、下型２６から出ている配管と、上型２９から出ている配管と、真空ポンプへつながる配管とを三つ又のフランジ継ぎ手などで結合し、真空ポンプで真空引きをする方法がある。こうすることで、下型２６と上型２９の両方から真空引きができ、真空引きの時間を短縮することができる（例えば特許文献２）。

特開２０００−１６４６１５号公報 特許第２９０８１２１号公報

製品に応じて要求されるキャビティ２１の形状や大きさが異なるため、汎用的に使用される成形装置では、さまざまな金型２６、２９を用意しておく必要がある。しかし、多数の金型２６、２９全体を個別に設計して作成すると高コストになってしまう。そこで、金型２６、２９を、固定部と、キャビティを有する着脱可能なキャビティ部とで構成し、キャビティ部は別のキャビティ部と交換可能になっているカセット金型を使用し、成形を行っている。ここで関連技術と同様な構成においてカセット金型を採用しようとしても、脱気成形法で成形する成形装置では、このカセット金型を利用することができない。上述したように関連技術では、下型２６の外周付近をシール材２５で囲んでいる。しかし、カセット金型ではキャビティ部を着脱可能にするために、図７に想像線（２点鎖点）で示すように固定部とキャビティ部との間に隙間２７を設けなければならない。この隙間２７の一部はシール材２５に囲まれた部分の内側に位置する。そのため、仮にキャビティ２１内を真空引きしようとしても、固定部とキャビティ部との間の隙間２７から空気が金型２６、２９内にリークするため、キャビティ２１内の真空引きを行うことができない。したがってカセット金型を用いる成形装置によって脱気成形法を行うことは困難である。また、脱気成形法は、製造する製品や使用する樹脂材料などによってキャビティ２１内の最適な真空度が異なるため、キャビティ２１内の真空度を調節する手段を設けることが望まれている。

本発明の目的は、上述した課題である、脱気成形法を使用する成形装置ではカセット金型を使用することができない、という問題を解決する成形装置及び成形方法を提供することにある。

本発明の成形装置は、少なくとも１対の型を有し、型同士を型閉じした状態で成形用のキャビティが構成され、１対の型の少なくとも一方は、固定部と、固定部に対して着脱可能なキャビティ部とからなる。また、キャビティ部には、キャビティの少なくとも一部を構成する窪みと、窪みの外側に設けられている排気口と、窪みと排気口との間を連通させるエアベントと、固定部に設けられた固定部のランナーと窪みの間を連通させるキャビティ部のランナーと、キャビティ部のランナー及びエアベントを遮断しないように、キャビティ部のランナーの周り、及びエアベントの位置を除いた窪みの周りを囲むように形成された内周突起部と、ランナーの位置を除いて内周突起部の周りを囲むように形成された外周突起部とが設けられている。さらに、排気口は、内周突起部と外周突起部の間に位置している。

本発明によると、カセット金型を使用してもキャビティ内の気密性を保つことができるため、脱気成形法で成形する成形装置にカセット金型を適用することができる。また、真空引きの時間を短縮することができる。

本発明に係る樹脂成形装置の一実施形態の概略構成図であり、（ａ）は下型の概略構成図であり、（ｂ）は上型の概略構成図である。 図１における上型と下型を型閉じしたときの図１のＡＡ’断面の概略図である。 図１（ａ）における上型のＸ部の拡大概略図である。 図１（ｂ）における下型のＹ部の拡大概略図である。 本発明に係る成形装置による成形方法を示す図である。 図５の続きの成形方法を示す図である。 関連技術の成形装置の一例を示す概略構成図であり、（ａ）は下型の概略構成図であり、（ｂ）は上型の概略構成図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

図１は、本発明に係る樹脂成形装置の一実施形態の概略構成図である。（ａ）は下側の型（下型）の概略図であり、（ｂ）は上側の型（上型）の概略図である。また、図２は、リードフレームを設置して下型と上型とを型閉じしたときの図１のＡＡ’断面の概略図である。なお、図中の矢印は、樹脂材料の流れる方向を示している。

樹脂成形品を成形する金型は下型６と上型９とで構成されている。さらに、金型６、９は固定部１１とキャビティ部１２とで構成されており、キャビティ部１２と固定部１１とを分割した構成とすることで、キャビティ部１２が着脱可能となっている。なお、キャビティ部１２を着脱可能にするため、キャビティ部１２と固定部１１との間には１ｍｍ以上の隙間１４が設けられている。

下型６と上型９に、窪んでおり樹脂成形を行う部分である複数の窪み１ｂ、１ａがそれぞれ設けられており、下型６と上型９とを型閉じすると、下型６の窪み１ｂと上型９の窪み１ａとが合わさって１つのキャビティ１となる。また、下型６には、樹脂材料５を加熱し溶解させるためのポット７が設けられている。このポット７は、下型６の下面から上面まで貫通しており、下面では溶解した樹脂材料５を押し出すためのプランジャー１０を挿入するための挿入口になっており、上面ではポット７から溶解した樹脂材料５をキャビティ１へ送り出すための樹脂材料導入口４になっている。さらに、樹脂材料導入口４からキャビティ１まで溶解した樹脂材料５を導くためのランナー３が設けられている。また、キャビティ１は内周突起部１６ａ、１６ｂと外周突起部１７ａ、１７ｂとに囲まれており、下型６と上型９とを型閉じするときには、内周突起部１６ａ、１６ｂで、インサート部材であるリードフレーム８をクランプ可能である（図２、３、及び図４参照）。なお、図２では、エアベント１３ａ、１３ｂ、キャビティ１、及びランナー３を通過する断面を示しているため、図中では、下型６の内周突起部１６ｂと外周突起部１７ｂ、及び上型９の内周突起部１６ａがないように描かれているが、図３及び図４を参照すると明確となるように、実際のキャビティ１は内周突起部１６ａ、１６ｂ及び外周突起部１７ａ、１７ｂに囲まれている。

下型６には、キャビティ１内の空気を排気するための排気口２が設けられており、下型６の外部に設けられた不図示の真空ポンプ、例えばロータリーポンプ等と不図示の配管を介してつながっている。排気口２とキャビティ１とはエアベント１３ｂを介してつながっている。

図２に示すように、下型６と上型９とでリードフレーム８を挟んで型閉じしたときには、上型９の外周突起部１７ａとリードフレーム８との間に隙間１５が生じるようになっている。この隙間１５の間隔を予め調節しておくことで、上型９のエアベント１３ａを介して微量の空気をキャビティ１内に導入可能なため、脱気成形時にキャビティ１内を所望の真空度にすることができる。なお、隙間１５の間隔は１０μｍ以下程度と非常に小さいため、真空引きする際に問題となる空気等の大きなリークが生じる心配はなく、また、樹脂材料５は高分子材料であるため、小さな隙間には入り込めず、隙間１５に溶解した樹脂材料５が流れ込むこともない。

図３に、図１（ａ）に示す下型６のＸ部の拡大概略図を、図４に図１（ｂ）に示す上型９のＹ部の拡大概略図を示す。なお、図中の矢印は、樹脂材料の流れる方向を示している。

下型６の窪み１ｂは四隅を除いて内周突起部１６ｂに囲まれており、さらに内周突起部１６ｂの外側は外周突起部１７ｂに囲まれている。窪み１ｂの四隅のうち、１つは窪み１ｂと固定部１１のランナーとを連通させ、溶解した樹脂材料５を流入させるランナー３で、残りの３つは窪み１ｂと排気口２とを連通させ、キャビティ１内を真空引きするときにキャビティ１内の空気を通過させるエアベント１３ｂである。排気口２は、内周突起部１６ｂと外周突起部１７ｂとの間であって、エアベント１３ｂの延長線上に設けられている。内周突起部１６ｂはランナー３の長手方向の両側方及びエアベント１３ｂの両側方に延びている部分も有する。

上型９は下型６とほぼ同様な形状をしており、下型６の内周突起部１６ｂ、外周突起部１７ｂ、ランナー３、及びエアベント１３ｂと対向する位置に内周突起部１６ａ、外周突起部１７ａ、ランナー３、及びエアベント１３ａが設けられている。ただし、外周突起部１７ａはランナー３内にも設けられている。上型９のエアベント１３ａは、上述のとおりキャビティ１内に真空度を調節するための空気を流入させるものである。上述したが、上型９では外周突起部１７ａがランナー３内にも設けられてランナー３を塞いでいる。このようにすることで、下型６のランナー３を介して、溶解した樹脂材料５を上型９のランナーに流入させたときに、溶解した樹脂材料５を窪み１ａの方向にのみ流し、固定部１１側への逆流を防ぐことができる。なお、上型９と下型６とを型閉じするときに、予め挿入されているインサート部材であるリードフレーム８を内周突起部１６ａ、１６ｂである程度押しつぶすくらい強くクランプ可能である。このようにすることで、内周突起部１６ａ、１６ｂとリードフレーム８とがシールの役割を果たす。特に内周突起部１６ａ、１６ｂでしっかりとシールの役割を果たさせるために、内周突起部１６ａ、１６ｂの幅を細くし、クランプするときにリードフレーム８にかかる単位面積当たりの圧力を大きくする工夫もなされている。

外周突起部１７ａ、１７ｂは、上述したように真空度を調節するために、リードフレーム８との間にわずかな（１０μｍ以下）隙間１５を有する程度に近接する。そのため、上型９の外周突起部１７ｂの水平面の位置は内周突起部１６ａの水平面の位置よりもわずかに低くなっている。外周突起部１７ａ、１７ｂも、キャビティ１内を真空引きする際に問題となるほどの空気等のリークを生じさせるものではないので、シールの役割も果たしていると考えられる。

図２、図５、及び図６を用いて、本発明の成形装置による成形方法を説明する。

はじめに、あらかじめ予熱した金型６、９を上下に型開きし、下型６内の窪み１ｂ上の所定の位置にリードフレーム８を配置し、ポット７内に樹脂材料５を配置する。そして、図２に示すように、下型６と上型９とを型閉じする。この状態においては、キャビティ１は内周突起部１６ａ、１６ｂ、外周突起部１７ａ、１７ｂ、及びリードフレーム８とで外部に対してシールされるが、唯一キャビティ１とポット７とを結ぶランナー３が、固定部１１とキャビティ部１２との隙間１４を介して金型６、９の外部につながっている。

次に図５（ａ）に示すように、下型６のポット７内に配置しておいた固形の樹脂材料５を溶融させ、プランジャー１０を上方へ押し込むことで、ポット７内で溶解した樹脂材料５がポット７から押し出され、樹脂材料導入口２４を介して固定部１１側のランナー３に流し込まれる。

さらに図５（ｂ）に示すようにプランジャー１０を押し込むことで、溶解した樹脂材料５がキャビティ部１２側のランナー３に流し込まれる。このとき、溶解した樹脂材料５が固定部１１とキャビティ部１２との間に設けられていた隙間１４を埋め込むことになる。この状態になると、隙間１４が埋められてランナー３が金型６、９の外部と遮断されるため、隙間１４からの空気等のリークがなくなり、キャビティ１がシールされる。なお、リードフレーム８と外周突起部１９との間にわずかな隙間１５が設けられてはいるが、キャビティ１内の真空度を調節するためのものであり、大きなリークが生じるものではない。そのため、キャビティ１はシールされていると考えられる。

溶解した樹脂材料５が隙間１４を埋め込んだら、真空ポンプを作動させ、キャビティ１内の真空引きを行う。本発明の成形装置は、上述した関連技術のように、型閉じした金型６、９全体を真空引きするのではなく、内周突起部１６ａ、１６ｂとで囲まれたキャビティ１を含む、外周突起部１７ａ、１７ｂで囲まれた領域内のみを真空引きすることになる。そのため、排気する空気の量が少なく、キャビティ１内の真空引きを短時間で行うことが可能となっている。

また、成形する製品や、使用する樹脂材料などによって、成形するときのキャビティ１内の最適な真空度は異なるが、本発明の成形装置では、リードフレーム８と上型９の外周突起部１７ａとの間にわずかに隙間１５を設けている。この隙間１５の間隔を、成形する製品や使用する樹脂材料に応じて調節しておくことによって、必要となる極わずかな量の空気を金型６、９の外部から流し込ませ、エアベント１３ａを介してキャビティ１内へ送り込める。そのため、キャビティ１内を最適な真空度にすることができる。

上記の真空引きの作業と同時に、図６（ａ）に示すように、プランジャー１０をさらに上方に押し込み、溶解した樹脂材料５をポット７内から押し出し、キャビティ１内に溶解した樹脂材料を流し込む。このとき、溶解した樹脂材料５は下型６のランナー３から上型９のランナー３にも流れ込み、上型９の窪み１ａと下型６の窪み１ｂの両方に溶解した樹脂材料５を流し込むことができる。

そして図６（ｂ）に示すように、キャビティ１内を溶解した樹脂材料５で満たす。所定時間経過すると、溶解した樹脂材料５が固化し、リードフレーム８の周囲にパッケージが形成される。

なお、本実施形態の説明では、金型６、９に設けられている複数のキャビティ１のすべてを真空引きしたが、本発明の成形装置では、各キャビティ１内に少なくとも１つの排気口２が設けられているため、１つまたは複数の任意のキャビティ１のみを選択的に真空引きするようにすることも可能である。また、エアベント１３ａ、１３ｂ及び排気口２はそれぞれ少なくとも１つ設けられていれば良く、窪み１ａ、１ｂの角部に設ける必要はない。

本実施形態の説明ではカセット金型を用いたが、本発明はこの金型に限定されるものではない。さらに、本発明は半導体分野に限らず、リードフレーム８のようなインサート部材を使用しないで、単純なプラスチック成形等にも応用することができる。

１ キャビティ
１ａ窪み（上型）
１ｂ窪み（下型）
２ 排気口
３ ランナー
４ 樹脂材料導入口
５ 樹脂材料
６ 下型
７ ポット
８ リードフレーム
９ 上型
１０プランジャー
１１固定部
１２キャビティ部
１３ａエアベント（上型）
１３ｂエアベント（下型）
１４カセット隙間
１５上型隙間
１６ａ内周突起部（上型）
１６ｂ内周突起部（下型）
１７ａ外周突起部（上型）
１７ｂ外周突起部（下型）

Claims (10)

1. 少なくとも１対の型を有し、前記型同士を型閉じした状態で成形用のキャビティが構成される成形装置において、
   前記１対の型の少なくとも一方は、固定部と、該固定部に対して着脱可能なキャビティ部とからなり、前記キャビティ部には、前記キャビティの少なくとも一部を構成する窪みと、該窪みの外側に設けられている排気口と、前記窪みと前記排気口との間を連通させるエアベントと、前記固定部に設けられた固定部のランナーと前記窪みの間を連通させる前記キャビティ部のランナーと、前記キャビティ部のランナー及び前記エアベントを遮断しないように、前記キャビティ部のランナーの周り、及び前記エアベントの位置を除いた前記窪みの周りを囲むように形成された内周突起部と、前記ランナーの位置を除いて前記内周突起部の周りを囲むように形成された外周突起部と、が設けられており、前記排気口は、前記内周突起部と前記外周突起部の間に位置している、
   ことを特徴とする成形装置。
2. 前記内周突起部は、前記１対の型同士が型閉じした状態で、先端部が他方の型に直接またはインサート部材を介して突き当たる、請求項１に記載の成形装置。
3. 他方の型は、固定部と、該固定部に対して着脱可能なキャビティ部とからなり、前記キャビティ部には、前記キャビティの一部を構成する窪みが設けられており、前記一方の型の、前記内周突起部、前記エアベント、前記ランナー、及び外周突起部に対向する位置にそれぞれ内周突起部、エアベント、ランナー、及び外周突起部が設けられており、かつ、前記他方の型の前記外周突起部は前記ランナー内にも設けられている、請求項１または２に記載の成形装置。
4. 前記インサート部材が前記一方の型に配置された状態で、前記一方の型と前記他方の型を型閉じすると、前記インサート部材を前記一方の型の内周突起部と前記他方の型の内周突起部とでクランプすることができる、請求項３に記載の成形装置。
5. 前記一方の型と前記他方の型を型閉じすると、前記インサート部材と前記他方の型の前記外周突起部との間に前記キャビティ内の真空度を調節する隙間が生じる、請求項３または４に記載の成形装置。
6. 前記型同士を型閉じした状態で複数の前記キャビティが構成され、任意の前記キャビティのみを選択的に排気することができる、請求項１から６に記載の成形装置。
7. 少なくとも１対の型を有し、前記型同士を型閉じした状態で成形用のキャビティが構成される成形装置における成形方法であり、
   前記１対の型の少なくとも一方を、固定部と、該固定部に対して着脱可能なキャビティ部とで構成し、前記キャビティ部には、前記キャビティの少なくとも一部を構成する窪みと、前記窪みの外側の排気口と、前記窪みと前記排気口との間を連通させるエアベントと、前記固定部のランナーと前記窪みとの間を連通させる前記キャビティ部のランナーと、前記ランナー及び前記エアベントの位置を除いた前記窪みの周りを囲む内周突起部と、前記ランナーの位置を除いて前記内周突起部の周りを囲むように形成された外周突起部と、を設けておき、
   前記１対の型同士を型閉じし、前記内周突起部の先端を他方の型に直接またはインサート部材を介して突合せるとともに、前記内周突起部と前記外周突起部との間に設けられた前記排気口から前記エアベントを介して前記キャビティ内の空気を排気し、前記固定部のランナーから前記キャビティ部のランナーを介して前記キャビティ内に樹脂材料を流し込む、成形方法。
8. 前記他方の型は、固定部と、該固定部に対して着脱可能なキャビティ部とで構成し、前記キャビティ部には、前記キャビティの一部を構成する窪みを設け、前記一方の型の、前記内周突起部、前記エアベント、前記ランナー、及び外周突起部と対向する位置にそれぞれ内周突起部、エアベント、ランナー、及び外周突起部とを設け、かつ、前記他方の型の前記外周突起部は前記ランナーの位置にも設けておき、
   予め前記インサート部材を前記一方の型に配置してから前記一方の型と前記他方の型とを型閉じし、前記インサート部材を前記一方の型の前記内周突起部と前記他方の型の前記内周突起部とでクランプする、請求項７に記載の成形方法。
9. 前記一方の型の前記内周突起部と前記他方の型の前記内周突起部とで前記インサート部材をクランプするときに、前記インサート部材と前記他方の型の前記外周突起部との間に隙間を生じさせて、前記キャビティ内の空気を排気しつつ、前記隙間を介して前記キャビティ内に空気を流入させることにより、前記キャビティ内を任意の真空度にする、請求項８に記載の成形方法。
10. 前記固定部から流した前記樹脂材料が前記固定部と前記キャビティ部との間に設けられている隙間を通過してから、前記キャビティ内の空気の排気を開始する、請求項７から９に記載の成形方法。

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